DE69900517T2

DE69900517T2 - Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Multinorm-Farbsignaldemodulation

Info

Publication number: DE69900517T2
Application number: DE69900517T
Authority: DE
Inventors: Maximilian Erbar; Jinan Lin
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-13
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2019-02-14
Also published as: CN1230857A; JP2000069495A; DE69900517D1; CN1236626C; US6215528B1; EP0939555A1

Description

Die Schlüssel-Komponente eines digitalen PAL- oder NTSC- Farb-Dekoders ist ein Quadratur-Demodulator für diese AM-mociulierten Signale. Für einen SECAM-Farb-Dekoder wird jedoch ein FM-Demodulator benötigt, der konventionell unter Verwendung eines Hilbert-Filters ausgeführt wird, dem ein CORDIC-Prozessor (coordinate rotation digital computer) und eine Differentiations-Stufe folgt. EP-A-0 597 160 offenbart einen entsprechenden digitalen isolierten SECAM-Dekoder.
Ein CORDIC-Prozessor ist in größeren Einzelheiten in EP-A-0 329 812 und EP-A-0 597 160 und in einem darin zitierten Aufsatz beschrieben.
EP-A-0 486 095 zeigt einen Quadratur-Mischer für ein Norm- FM-Signal, das I- und Q-Komponenten und eine einzige Mittenfrequenz hat. Die Ausgangssignale des Mischers werden in einer COR- DIC-Schaltung verarbeitet.

Erfindung

Es wäre von Vorteil, wenn für Mehr-Norm-Fernsehgeräte oder VCR-Anwendungen ein digitaler Mehr-Norm-Farb-Demodulator für PAL-, NTSC- und SECAM-Systeme auf einem Chip ausgeführt werden könnte, der soviel gemeinsame Demodulations-Verarbeitungsstufen wie möglich hat.
Da jedoch PAL und NTSC AM-Modulation verwenden, während SECAM FM-Modulation mit zwei verschiedenen Trägern für die Farb- Information in dem zusammengesetzten Videosignal verwendet, hat eine konventionelle Lösung für einen digitalen SECAM-Farb- Demodulator, der ein Hilbert-Filter verwendet, wie in EP-A-0 597 160 gezeigt ist, wenig Gemeinsamkeit mit der für einen digitalen PAL- und/oder NTSC-Farb-Demodulator, der einen Quadratur-Mischer verwendet. Daher scheint es unbequem zu sein, beide Lösungen auf einem Mehr-Norm-Farb-Demodulator-Chip für alle drei Systeme zu kombinieren. Die Erfinder haben jedoch eine Lösung für dieses Problem gefunden, die es erlaubt, einen einzigen gemeinsamen Quadratur-Demodulator oder Mischer für alle drei Farbsysteme zu haben.
Demzufolge ist es ein Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren zur digitalen Demodulation von PAL-, NTSC- und SECAM- Farbsignalen zu offenbaren, das wenigstens eine gemeinsame Verarbeitungsstufe verwendet. Dieses Ziel wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren erreicht.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Vorrichtung zu offenbaren, die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Dieses Ziel wird durch die in den Ansprüchen 8 und 9 offenbarten Vorrichtungen erreicht.
Gemäß der Erfindung wird das in EP-A-0 597 160 offenbarte Hilbert-Filter durch einen Quadratur-Mischer ersetzt, der in dem ersten Schritt der SECAM-Farb-Demodulation mit einer einzigen Mischfrequenz arbeitet. Für diesen Quadratur-Mischer kann der für die PAL/NTSC-Demodulation bereits vorhandene Quadratur- Mischer verwendet werden. Dadurch wird für einen Großteil des Farb-Demodulations-Prozesses ein gemeinsamer Aufbau erhalten.
Im Prinzip ist die Erfindung für digitale SECAM-Farbsignal- Demodulation geeignet, wobei der Anfangs-Demodulationsschritt unter Verwendung eines Quadratur-Mischers ausgeführt wird.
Vorteilhafte zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen offenbart.
Im Prinzip ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für digitale PAL- oder NTSC- oder SECAM-Farbsignal-Demodulation geeignet und umfaßt
- einen Quadratur-Mischer, der die PAL- oder NTSC-Farbkomponenten oder im Fall von SECAM ein x- und ein y-Signal ausgibt, wobei im Fall von SECAM eine einzige Mischfrequenz verwendet wird, was zu einem Vorspannungs-Effekt führt, der durch die nicht an die Norm angepaßte Farbträger-Mischfrequenz oder -frequenzen verursacht wird;
- eine Stufe, insbesondere ein CORDIC-Prozessor, der im Fall von SECAM die Funktion arctg(y/x) berechnet;
- eine nachfolgende Stufe, in der mit dem arctg(x/y)-Signal eine Differentiation und eine Klemmung ausgeführt wird, wobei der Vorspannungs-Effekt durch eine entsprechende Klemm- Operation korrigiert wird, und wobei die SECAM-Farbkomponenten durch eine Identifizierung der U- und V-Zeilen erhalten werden,
oder umfaßt:
- einen Quadratur-Mischer, der die PAL- oder NTSC-Farbkomponenten oder im Fall von SECAM ein x- oder y-Signal ausgibt, wobei im Fall von SECAM die Mischfrequenz zeilenabwechselnd auf eine der Norm-SECAM-Farbträgerfrequenzen geschaltet wird;
- eine Stufe, insbesondere ein CORDIC-Prozessor, der im Fall von SECAM die Funktion arctg(x/y) berechnet;
- eine nachfolgende Stufe, in der eine Differentiation des arctg(y/x)-Signals ausgeführt wird, wobei die SECAM-Farbkomponenten durch eine Identifizierung der U- und V-Zeilen erhalten werden.

Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 den Aufbau des erfindungsgemäßen Mehr-Norm- Farb-Demodulators;
Fig. 2 die Schaltung für die SECAM-Zeilen-Identifizierung;
Fig. 3 eine Einzelheit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Ausführungsform der Klemmung.

Ausführungsformen

Das digitale Eingangssignal zu dem Mehr-Norm-Farb-Demodulator ist das modulierte Farbkomponenten-Signal c(t) nach Abtrennung von dem zusammengesetzten Videosignal (CVBS). Das Signal c(t) wird zwei parallelen Wegen in einem Quadratur-Mischer QUMX zugeführt. In dem ersten Weg wird c(t) in einem ersten digitalen Multiplizierer M1 mit einem ersten digitalen Multiplikator- Signal C1 multipliziert. Der Ausgang von M1 wird digital durch ein erstes Filter LP1 tiefpaßgefiltert, was zu dem ersten Ausgangssignäl x(t) führt. In dem zweiten Weg wird c(t) in einem zweiten digitalen Multiplizierer M2 mit einem zweiten digitalen Multiplikator-Signal C2 multipliziert. Der Ausgang von M2 wird durch ein zweites Filter LP2 digital tiefpaßgefiltert, was zu dem zweiten Ausgangssignal y(t) führt. C1 kann ausgedrückt werden z. B. durch cos(2πfmt), und C2 ist dann ±sin(2πfmt), worin fm die Mischfrequenz ist. Wenn c(t) ein PAL- oder NTSC-Farbkomponenten-Signal ist, stellt x(t) die U- bzw. I-Komponente dar, und y(t) stellt die V- oder Q-Komponente dar.
Wenn c(t) ein SECAM-Farbkomponenten-Signal ist, werden die x- und y-Signale entsprechenden Eingängen eines CORDIC-Prozessors zugeführt, an dessen Ausgang ein Signal Φ = arctg(y/x) verfügbar ist, das die Eingangs-Phase darstellt. Als ein Nebenprodukt des CORDIC-Prozessors wird die Eingangs-Amplitude (x² + y²) berechnet, die vorteilhafterweise als ein Steuersignal ACC für die automatische Farbregelung verwendet werden kann.
Obwohl SECAM zwei verschiedene Farbträger verwendet, verwendet die erfindungsgemäße Schaltung nur eine einzige Mischfrequenz. Das Phasensignal Φ durchläuft eine weitere Stufe DCL, in der eine Differentiation und eine Klemmung des Signals Φ ausgeführt wird. Die Differentiation allein führt zu dem differenzierten Phasensignal ΔΦ. Die SECAM-Farbkomponenten U und V am Ausgang von DCL werden dann durch eine Identifizierung der U- und V-Zeilen gewonnen.
Das Folgende gilt für SECAM-Signale. Das Eingangssignal ist:
C(t) = B'(t)cos(2π fc(t) + k D*(τ)dτ )
worin B'(t) die Amplitude, fc(t) die Modulations-Frequenz, k die Modulations-Konstante und D*(t) die zu demodulierende Farbkomponente ist.
Der Ausgang von QMX ist:
x(t) = ¹/&sub2;*B'(t - τLP)cos(2π (fc - fm)(t - τLP) + k (τ)dτ )
y(t) = ¹/&sub2;*B'(t - τLP)sin(2π (fc - fm)(t - τLP) + k (τ)(dτ )
worin τLP die Verzögerung ist, die durch den Tiefpaß erzeugt wird, und fm ist die Mischfrequenz in M1 und M2.
Das Demodulations-Ausgangssignal, d. h. das differenzierte Ausgangssignal Φ(t) des CORDIC-Prozessors ist:
ΔΦ(t) = -Φ(t - Δ*t) + Φ(t)
= arctg[y(t - Δ*τ)/x(t - Δ*τ)] + arctg[y (t)/x(t)]
= 2π*Δ*τ*kD*(t - τLP) + 2π*Δ(fc - fm)τ (±2π)
worin 2π*Δ*τ*kD*(t - τLP) + 2π*Δ(fc - fm)τ < π,
wobei t die Abtastrate ist (d. h. t = n*τ für n = 0, 1, 2, 3, ...) und Δ ist eine ganze Zahl, die das Differentiations- Intervall darstellt.
Die Mischfrequenz fm wird für unterschiedliche Systeme umgeschaltet. Für PAL oder NTSC ist fm vorzugsweise gleich der Farb- Hilfsträger-Frequenz fc (4,43 MHz für PAL). Für SECAM kann sie als ein Wert zwischen dem der beiden Farb-Hilfsträger 4,250 MHz und 4,406 MHz gewählt werden. Die Vorspannung, die in dem QUMX- Ausgang durch die Frequenz-Differenzen bewirkt wird, wird in DCL durch Klemmen kompensiert.
Eine beispielsweise Ausführung der Klemmung ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Schaltung ist in DCL enthalten. Das differenzierte Phasensignal ΔΦ kann durch eine Vor-Verarbeitungsstufe SMO verlaufen, die eine Glättungsfunktion zu einer Addierstufe A4 und zu einer Subtraktionsstufe S4 einschließt. Das Ausgangssignal von A4 verläuft durch eine Verzögerung Z&supmin;¹ von einer Abtastung und einer 1/K-Teilerschaltung DIV4 zu dem Subtraktions- Eingang von S4. Das Ausgangssignal der Teilerschaltung bildet die Vorspannung BI. BI kann allgemein durch Durchschnittsbildung des Demodulations-Ausgangssignals ΔΦ(t) während des Farbträger- Bursts erhalten werden. Dies wird durch ein entsprechendes Burst-Tast-Signal B_G gesteuert. Die Klemmung erfolgt durch Subtraktion der Vorspannung von dem Demodulations-Ausgangssignal.
Der Verzögerungs-Ausgang wird zu dem zweiten Eingang der Addierstufe A4 zurückgeführt. Die Verzögerung Z&supmin;¹ wird durch B_G ausgelöst (en) und wird durch das Ausgangssignal der ansteigenden Flanke eines Detektors RED, der B_G als Eingangssignal empfängt, gelöscht. Die Abtastungen werden in solch einer Weise addiert, daß jede Abtastung, von der der Durchschnitt gebildet werden soll, einmal in der Summe enthalten ist. Der Wert von K entspricht der Zahl von Abtastwerten, von denen der Durchschnitt gebildet werden soll.
Vorteilhafterweise wird die Vorspannung BI auch für die Zeilen-Identifizierung benutzt, die bei SECAM erforderlich ist. Um die U- und V-Zeilen zu identifizieren, wird das Ausgangssignal TLID von S4 einer Zeilen-Identifizierungsstufe zugeführt. Eine mögliche Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Ein erster Schalter SW21, der von der Zeilenfrequenz fH gesteuert wird, führt entweder eine logische "0" oder "1" zu dem ersten Eingang eines zweiten Schalters SW22 und dem Eingang eines Inverters INV zu. Der Ausgang von INV wird dem zweiten Eingang des Schalters SW22 zugeführt. SW22 wird durch eine Zeilen-Identifizierungs- Prüfeinheit LIDC gesteuert. Der Ausgang von SW22 ist das Zeilen- ID-Signal LIDS. LIDC beurteilt die Richtigkeit von LIDS durch Prüfung des Vorspannungswertes. Wenn eine feste Mischfrequenz fm zwischen 4,250 MHz und 4,406 MHz verwendet wird, sollte die Vorspannung einen positiven Wert für eine U-Zeile und einen negativen Wert für eine V-Zeile einnehmen. Es ist auch möglich, fm zeilenabwechselnd auf 4,250 MHz und 4,406 MHz umzuschalten. Dann sollte der richtige Vorspannungswert nahe bei null liegen. LIDG ist ein Steuersignal, das ein korrektes Zeitsteuer-Fenster für die Prüfung liefert.
Anstatt einen CORDIC-Prozessor zu verwenden, dem eine Differentiations-Stufe folgt, kann man eine Schaltung verwenden, die in Fig. 3 dargestellt ist. Das Signal x(t) verläuft durch eine erste Abtast-Verzögerung D31 zum ersten Eingang einer ersten Multiplizierschaltung M31 und wird dem zweiten Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung M32 zugeführt. Das Signal y(t) wird dem zweiten Eingang der ersten Multiplizierschaltung M31 zugeführt und verläuft durch eine zweite Abtastverzögerung D32 zu dem ersten Eingang der zweiten Multiplizierschaltung M32. In einer Subtraktionsschaltung S wird das Ausgangssignal von M32 von dem Ausgangssignal von M31 subtrahiert. Das resultierende Signal wird in einer folgenden dritten Multiplizierschaltung M33 mit 1/{x²(t) + y²(t)} multipliziert, was zu dem differenzierten Phasensignal ΔΦ führt.
Das Folgende gilt für SECAM-Signale in der Schaltung von Fig. 3:
c(t) = B'(t)cos(2π fm(t) + k (τ)dτ
x(t) B'(t-τLP)cos(2πk (τ)dτ)
y(t) B'(t-τLP)sin(2πk (τ)dτ)
Es wird angenommen, daß:
B'(t) B'(t-Δτ)
2πk (τ)dτ) 2π*kD*(t)*Δt > > π/6
dann:
ΔΦ(t) = 2π*Δτ*kD*(t-τLP)
Eine Möglichkeit besteht darin, eine Abtast- und Taktfrequenz auszuwählen, die gleich zum Beispiel dem Vierfachen der Farbträger-Frequenz ist, d. h. 4*fc. Es ist auch möglich, eine Abtast- und Taktfrequenz von zum Beispiel 18 MHz zu wählen, d. h. die nicht ein Vielfaches von fc ist. Im Gegensatz zu der in dem obigen Stand der Technik bei dem Hilbert-Filter-Verfahren erwähnten Frequenz führt eine Abtastfrequenz mit nicht dem Vierfachen der Farbträger-Frequenz zu einem beträchtlich komplizierteren Aufbau.
Im Vergleich zu einer einfachen Kombination der üblichen digitalen PAL/NTSC- und SECAM-Farb-Demodulatoren ist die vorgeschlagene Multi-Norm-Lösung einfacher auszuführen, und es gibt mehr Bemessungsfreiheit in Bezug auf die Taktfrequenz.

Claims

1. Verfahren zur anfänglichen digitalen SECAM-Farbsignal-Demodulation (c(t)), wobei das SECAM-Farbsignal zwei Farbkomponenten hat, von denen jede auf einen verschiedenen der beiden Norm-Farbträger moduliert ist, die eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das SECAM- Farbsignal in einem einzigen Quadratur-Mischer (QUMX) unter Verwendung einer einzigen Mischfrequenz(fm) verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, um ferner das SECAM- Farbsignal (c (t)) weiter zu demodulieren, und um ein SECAM- Phasensignal zu erhalten, das anschließend differenziert (DCL) werden soll, die Funktion arctg(y/x) der beiden Quadratur-Mischer-Ausgangssignalen x und y, insbesondere in einem CORDIC-Prozessor (CORDIC) berechnet wird, wobei x ein Quadratur-Mischer-Ausgangssignal (M1) ist, das mit einer Cosinus-Funktion der Mischfrequenz (fm) multipliziert worden ist, und y ein Quadratur-Mischer-Ausgangssignal (M2) ist, das mit einer Sinus-Funktion der Mischfrequenz (fm) multipliziert worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Mischfrequenz (fm) im Frequenzbereich zwischen den beiden Norm-SECAM-Farbträger- Frequenzen und diese einschließend liegt, und wobei der resultierende Vorspannungs-Effekt, verursacht durch die nicht an die Norm angepaßte Farbträger-Mischfrequenz oder - frequenzen durch eine entsprechende Klemmoperation (DCL) im Anschluß an die arctg(y/x)-Berechnung korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Vorspannungs-Effekt für die Zeilen-Identifizierung (DCL, LIDS) benutzt wird, die bei der SECAM-Farb-Demodulation benötigt wird.

5. Verfahren zur digitalen Demodulation unter Verwendung eines Quadratur-Mischers (QUMX), gekennzeichnet durch die Merkmale:

- die digitale Demodulation ist eine PAL- oder NTSC- oder SE- CAM-Farbsignal (c(t))-Demodulation;

- die Quadratur-Mischer geben die PAL- oder NTSC-Farbkomponenten (x, U; y, V) oder im Fall von SECAM ein x- und ein y- Signal aus, wobei im Fall von SECAM die folgenden Schritte ausgeführt werden:

- Schalten der Mischfrequenz (fm) des Quadratur-Mischers zeilenabwechselnd (fH) auf eine der Norm-SECAM-Farbträger-Frequenzen;

- Berechnen insbesondere in einem CORDIC-Prozessor (CORDIC) die Funktion arctg(y/x) aus den x- und y-Signalen;

- Ausführen einer Differentiation (DCL) des arctg(y/x)-Signals (Φ), wobei die SECAM-Farbkomponenten (U, V) durch eine Identifizierung der U- und V-zeilen erhalten werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem ein Amplitudenwert (x² + y²) berechnet wird, der als Steuersignal (ACC) für die automatische Farbregelung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem für die digitale PAL- oder NTSC-Farbsignal(c(t))-Demodulation der Quadratur-Mischer (QUMX) mit einer entsprechend ausgewählten Mischfrequenz (fm) verwendet wird.

8. Vorrichtung zur digitalen Demodulation unter Verwendung eines Quadratur-Mischers (QUMX), gekennzeichnet durch die Merkmale:

- die Vorrichtung ist für die Demodulation von PAL- oder NTSC- oder SECAM-Färbsignalen (c(t)) geeignet;

- der Quadratur-Mischer (QUMX) gibt die PAL- oder NTSC- Färbkomponenten (x, U; y, V) oder im Fall von SECAM ein x- und ein y-Signal aus, wobei im Fall von SECAM eine einzige Mischfrequenz (fm) verwendet wird, was zu einem Vorspannungs-Effekt führt, der durch die nicht an die Norm angepaßte Farbträger-Mischfrequenz oder -frequenzen verursacht wird;

- eine dem Quadratur-Mischer folgende Stufe, insbesondere ein CORDIC-Prozessor (CORDIC), der im Fall von SECAM die Funktion arctg(y/x) berechnet;

- eine nachfolgende Stufe (DCL), in der mit dem arctg (y/x)- Signal (Φ) eine Differentiation und eine Klemmung ausgeführt wird, wobei der Vorspannungs-Effekt durch eine entsprechende Klemmoperation korrigiert wird, und wobei die SE- CAM-Farbkomponenten (U, V) durch eine Identifizierung der U- und V-Zeilen erhalten werden.

9. Vorrichtung zur digitalen Demodulation unter Verwendung eines Quadratur-Mischers (QUMX), gekennzeichnet durch die Merkmale:

- die Vorrichtung ist zur Demodulation von PAL- oder NTSC- oder SECAM-Farbsignalen (c(t)) geeignet;

- der Quadratur-Mischer (QUMX) gibt die PAL- oder NTSC-Farbkomponenten (x, U; y, V) oder im Fall von SECAM ein x- und ein y-Signal aus, wobei im Fall von SECAM die Mischfrequenz (fm) zeilenabwechselnd (fH) auf eine der Norm-SECAM-Farbträgerfrequenzen geschaltet wird;

- eine nachfolgende Stufe (DCL), in der eine Differentiation des arctg(y/x)-Signals (Φ) ausgeführt wird, wobei die SE- CAM-Farbkomponenten (U, V) durch eine Identifizierung der U- und V-Zeilen erhalten werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der in dem CORDIC- Prozessor auch ein Amplitudenwert (x² + y²) berechnet wird, der als Steuersignal (ACC) für die automatische Farbregelung verwendet wird.